调光台灯电路设计

摘要

为了节能和保护视力，市场上出现各种各样的调光台灯，也有很多的人研究更节能的调光方法。通过multisim10.0仿真，设计出一种调光台灯，通过控制单向晶闸管的导通角来改变灯泡的亮度。CD4017的输出接不同的电阻，高电平经过这些不同大小的电阻对电容进行充电，充电的快慢不一样，单向向晶闸管的触发脉冲移动，导通角发生变化，从而达到调光的目的。

关键词：

Multisim；调光；CD4017十进制计数译码器；单向晶闸管；单相桥式整流电路

目录

一设计任务 (3)

1.1设计目的和意义 (3)

1.1.1目的 (3)

1.1.2意义 (3)

1.2初始参数和要求 (3)

1.2.1 初始参数 (3)

1.2.2要求 (3)

二系统设计 (4)

2.1系统工作原理 (4)

2.1.1CD4017工作原理 (4)

2.1.2单向晶闸管 (6)

2.1.3单相桥式整流电路 (7)

2.1.4调光台灯电路原理 (8)

2.2 器件选择 (9)

2.3电路设计 (9)

2.4 电路仿真测试 (13)

三总结 (14)

3.1结论 (14)

3.2优点与不足 (14)

3.3 心得与体会 (15)

参考文献 (15)

一设计任务

1.1设计目的和意义

1.1.1目的

1、熟悉和学会multisim的使用；

2、学会进行设计电路的方法；

3、通过查资料了解各种元件的功能、参数等；

4、了解调光电路的工作原理并进行设计；

5、以节能和保护视力为目的设计调光台灯电路。

1.1.2意义

1、学会并熟练掌握multisim的使用；

2、培养创新的能力；

3、使台灯可以达到节能的目的；

4、学会应用已经学过的知识。

1.2初始参数和要求

1.2.1 初始参数

CD4017的输出端所接的电阻在10Ω-100Ω之间分散取，以达到多级的调光目的；电源选择220V 50Hz的交流电源；灯泡选用230V的，由于电源电压是220V，所以灯泡选择230V的可避免灯泡烧坏。触发电路的电阻阻值为100Ω，电容为47μF,起保护LED灯作用的电阻阻值为300Ω。

1.2.2要求

每次按动按钮开关，CD4017的10个输出就变换输出高电平“1”，并影响灯泡的亮度。

二系统设计

2.1系统工作原理

2.1.1CD4017工作原理

CD4017是调光电路中实现调光功能的主要执行者，它控制着调光的级数和各级

的亮度，其引脚图和方框图如图(1)和图（2）所示。

图（1）CD4017引脚图

图（2）CD4017方框图

数字电路CD4017是十进制计数／分频器，它的内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、…、Q9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。

CD4017有10个输出端（Q0～Q9）和1个进位输出端～Q5-9。

每输入10个计数脉冲，～Q5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。

CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平，其余输出端（Q1～Q9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直

接用作顺序脉冲发生器。

2.1.2单向晶闸管

单向晶闸管与CD4017组成调光电路的主体部分，CD4017控制晶闸管的触发电路，改变晶闸管的导通角。

晶体闸流管简称晶闸管，也称为硅可控元件，是由三个PN结构成的一种大功率半导体器件，多用于可控整流、逆变、调压等电路，也作为无触点开关。

图（3）晶闸管的结构

晶闸管的内部结构示意图如图（3）（a）所示，它有四层半导体材料组成，四层材料有P型半导体和N型半导体交替组成，分别为P1、N1、P2和N2，它们的接触面形成三个PN结，分别为J1、J2和J3，故晶体管也称为四层器件或PNPN器件。P1区的引出线为阳极A，N2区的引出线为阳极C，P2区的引出线为控制极G0。为了更好的理解晶闸管的工作原理。常将其N1和P2两个区域分解成两部分，使得P1-N1-P2构成一只PNP型管，N1-P2-N2构成一只NPN型管，如图（b）所示；用晶体管的符号表示，如图（c）所示；晶闸管的符号如图（d）所示。

晶闸管的工作原理：当晶闸管的阳极A

和阴极C之间加上正向电压且控制极和阴

极之间也加上正向电压时，如图（4）所示，

J3处于导通状态。若T2管的基极电流为

iB2，则其集电极电流为β2 iB2；T1管的

基极电流iB1等于T2管的集电极电流β2

iB2，，因而T1管的集电极电流iC1为β1β2 iB2；该电流又作为T2管的基极电流，再一次进行上述放大过程，形成正反馈。在很短的时间内，两只管子均进入饱和状态，使晶闸管完全导通，这个过程称为触发导通过程。晶闸管一旦导通，控制极就失去导通作用，管子依靠内部的正反馈始终维持导通状态。晶闸管导通后，阳极和阴极之间的电压一般为0.6-1.2V，电源电压几乎全部加载负载上；阳极电流iA因型号不同可达几十~几千安。

（a）

(b)

图（4）晶闸管的工作原理

（a）实际电路（b）等效电路

2.1.3单相桥式整流电路

单相桥式整流电路在调光电路中的作用是为CD4017调光器提供电压。一般的家庭用电是220V的交流电，所以需要单相桥式整流电路变交流为直流，并且降压。